《第二節(jié) 傳感器的應(yīng)用》（同步訓(xùn)練）高中物理選擇性必修 第二冊-粵教版-2024-2025學(xué)年

《第二節(jié)傳感器的應(yīng)用》同步訓(xùn)練(答案在后面)一、單項選擇題（本大題有7小題，每小題4分，共28分）1、傳感器是將外界非電量的變化轉(zhuǎn)換為電信號輸出的部件，下列關(guān)于傳感器的說法中，正確的是（）A、溫度傳感器可以將溫度變化轉(zhuǎn)換為電阻值的變化B、壓力傳感器可以將溫度變化轉(zhuǎn)換為電阻值的變化C、光敏電阻的光照強(qiáng)度越大，電阻值越小D、霍爾元件可以將磁感應(yīng)強(qiáng)度變化轉(zhuǎn)換為電流的變化2、關(guān)于傳感器的應(yīng)用，下列說法中正確的是（）A、電子秤中使用的是位移傳感器B、人體體溫計通常使用的是光傳感器C、汽車倒車?yán)走_(dá)使用的是超聲波傳感器D、電視機(jī)遙控器發(fā)射的是紅外線傳感器3、以下哪種傳感器不適合用于測量液體中的溫度？A、電阻式溫度傳感器B、熱電偶C、光電傳感器D、熱敏電阻4、在工業(yè)生產(chǎn)過程中，為了實現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動控制，以下哪種傳感器不起關(guān)鍵作用？A、壓力傳感器B、流量傳感器C、光電傳感器D、振動傳感器5、下列關(guān)于傳感器應(yīng)用的描述，正確的是：A、溫度傳感器只能檢測溫度，不能用于檢測壓力。B、光敏電阻的電阻值隨光照強(qiáng)度的增加而增大。C、霍爾傳感器可以用來檢測電流的大小。D、壓力傳感器在檢測壓力時，輸出電壓與壓力值成線性關(guān)系。6、下列關(guān)于傳感器應(yīng)用系統(tǒng)的描述，不正確的是：A、傳感器應(yīng)用系統(tǒng)通常包括傳感器、信號放大電路和顯示單元。B、傳感器應(yīng)用系統(tǒng)中的信號放大電路可以增強(qiáng)信號的強(qiáng)度，使其更適合后續(xù)處理。C、傳感器應(yīng)用系統(tǒng)中的顯示單元通常用于直接顯示測量結(jié)果。D、傳感器應(yīng)用系統(tǒng)中的信號處理電路可以去除噪聲，提高信號的純凈度。7、某市擬對夜間行駛的機(jī)動車安裝一種自動識別車牌的技術(shù)，下列哪種傳感器最適合用于這種需求？（）A、溫度傳感器B、光敏電阻傳感器C、霍爾傳感器D、超聲波傳感器二、多項選擇題（本大題有3小題，每小題6分，共18分）1、以下哪些屬于常見的傳感器類別？A、溫度傳感器B、壓力傳感器C、光電傳感器D、超聲波傳感器E、生物電傳感器2、以下關(guān)于傳感器應(yīng)用的描述，正確的是：A、傳感器可以實現(xiàn)對各種物理量的測量和控制B、傳感器具有響應(yīng)速度快、穩(wěn)定性好、抗干擾能力強(qiáng)等特點C、傳感器廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動化、醫(yī)療、農(nóng)業(yè)等多個領(lǐng)域D、傳感器不可能測量超出其量程的物理量E、溫度對傳感器的輸出信號沒有影響3、以下哪些傳感器在日常生活中有廣泛應(yīng)用？（）A、溫度傳感器B、壓力傳感器C、光傳感器D、濕度傳感器E、聲波傳感器三、非選擇題（前4題每題10分，最后一題14分，總分54分）第一題題目：傳感器在現(xiàn)代科技中有著廣泛的應(yīng)用。請以溫度傳感器為例，分析其工作原理，并說明如何利用溫度傳感器檢測環(huán)境溫度，并應(yīng)用到實際生活中。第二題題目：某地區(qū)夜晚打算利用太陽能光伏板為townspeople的監(jiān)控系統(tǒng)供電。已知光伏板的最大功率輸出為5kW，在最佳光照條件下，光伏板的電效率為15%。若監(jiān)控系統(tǒng)總耗電功率為3kW，請問該光伏板在一天中（假設(shè)光照時間為10小時）是否能滿足監(jiān)控系統(tǒng)的供電需求？若能滿足，計算出所需光伏板的面積；若不能滿足，簡要說明原因。第三題題目：某傳感器測量溫度時，其輸出電壓U與溫度T的關(guān)系可以近似表示為線性函數(shù)U=aT+b。為了確定系數(shù)a和b，研究人員進(jìn)行了如下實驗：1.在溫度為0℃時，傳感器輸出電壓U1=1.5V；2.在溫度為100℃時，傳感器輸出電壓U2=3.5V。（1）請根據(jù)上述實驗數(shù)據(jù)，求出傳感器輸出電壓U與溫度T的線性關(guān)系式。（2）如果傳感器在溫度為50℃時的輸出電壓為U3，請計算U3的值。第四題問題陳述：某實驗小組利用溫度傳感器和力傳感器檢測一個物體在不同溫度下的重力加速度變化，通過數(shù)據(jù)分析來研究溫度對重力加速度的影響。他們發(fā)現(xiàn)，隨著溫度的升高，重力加速度略微減小。假設(shè)實驗中溫度范圍從20℃至60℃，重力加速度的測量值分別在9.78m/s2至9.77m/s2之間。1.為何溫度升高可能會導(dǎo)致重力加速度略微減小？2.給出溫度對重力加速度影響的一個可能理論模型。3.他們需要怎樣進(jìn)一步改進(jìn)實驗以提高數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性？第五題題目：某同學(xué)為了了解生活中常見的物體溫度對電阻阻值的影響，設(shè)計了一個實驗。他將電阻絲（R0阻值為10Ω）彎曲成環(huán)形，并用鐵夾固定在電路中，通過改變citizenship的溫度調(diào)節(jié)電阻絲的長度，從而測量不同溫度下的電阻絲阻值。實驗中，他通過電路中的電流表示數(shù)來推算出電阻值。該同學(xué)選用了以下實驗器材：電源、開關(guān)、電流表、固定電阻阻值為100Ω的定值電阻、滑動變阻器、導(dǎo)線和溫度計。（1）請指出該同學(xué)實驗設(shè)計中的缺陷，并簡要說明理由；（2）請說明實驗中如何通過電流表示數(shù)來推算出電阻值；（3）請根據(jù)實驗結(jié)果，分析溫度對電阻值的變化規(guī)律，并簡單說明應(yīng)用場景?！兜诙?jié)傳感器的應(yīng)用》同步訓(xùn)練及答案解析一、單項選擇題（本大題有7小題，每小題4分，共28分）1、傳感器是將外界非電量的變化轉(zhuǎn)換為電信號輸出的部件，下列關(guān)于傳感器的說法中，正確的是（）A、溫度傳感器可以將溫度變化轉(zhuǎn)換為電阻值的變化B、壓力傳感器可以將溫度變化轉(zhuǎn)換為電阻值的變化C、光敏電阻的光照強(qiáng)度越大，電阻值越小D、霍爾元件可以將磁感應(yīng)強(qiáng)度變化轉(zhuǎn)換為電流的變化答案：A、C解析：A選項：溫度傳感器確實可以將溫度變化轉(zhuǎn)換為電阻值的變化，這是一種常見的溫度傳感器的工作原理，如熱敏電阻。正確。B選項：壓力傳感器可以將壓力的變化轉(zhuǎn)換為電信號輸出，而不是溫度的變化，因此錯誤。C選項：光敏電阻是光照強(qiáng)度的敏感元件，光照增強(qiáng)時其電阻下降，光照減弱時電阻升高，所以陳述正確。D選項：霍爾元件是將磁場強(qiáng)度的變化轉(zhuǎn)換為電壓輸出，而不是電流輸出，因此該選項錯誤。2、關(guān)于傳感器的應(yīng)用，下列說法中正確的是（）A、電子秤中使用的是位移傳感器B、人體體溫計通常使用的是光傳感器C、汽車倒車?yán)走_(dá)使用的是超聲波傳感器D、電視機(jī)遙控器發(fā)射的是紅外線傳感器答案：C解析：A選項：電子秤中的傳感器是用來測量質(zhì)量大小的，主要是利用應(yīng)變片等將質(zhì)量變化轉(zhuǎn)換成電阻變化或電壓變化，因此是力傳感器，而非位移傳感器。錯誤。B選項：人體體溫計通常使用的是溫度傳感器來測量體溫，而不是光傳感器，因此錯誤。C選項：汽車倒車?yán)走_(dá)中的確使用的是超聲波傳感器來探測障礙物的距離，所以該選項正確。D選項：電視機(jī)遙控器發(fā)射的是紅外線信號，用于遙控設(shè)備，并非紅外線傳感器。錯誤。3、以下哪種傳感器不適合用于測量液體中的溫度？A、電阻式溫度傳感器B、熱電偶C、光電傳感器D、熱敏電阻答案：C解析：光電傳感器主要用于檢測物體是否存在、顏色等，不適用于直接測量溫度。電阻式溫度傳感器、熱電偶和熱敏電阻都是常見的溫度測量傳感器。因此，選項C是正確答案。4、在工業(yè)生產(chǎn)過程中，為了實現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動控制，以下哪種傳感器不起關(guān)鍵作用？A、壓力傳感器B、流量傳感器C、光電傳感器D、振動傳感器答案：C解析：在工業(yè)生產(chǎn)中，壓力傳感器用于監(jiān)測和控制系統(tǒng)中的壓力變化，流量傳感器用于監(jiān)測液體或氣體的流量，振動傳感器用于監(jiān)測機(jī)器設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和振動情況。光電傳感器雖然在某些自動化控制中也有應(yīng)用，但其不是生產(chǎn)過程自動控制的關(guān)鍵傳感器。因此，選項C是正確答案。5、下列關(guān)于傳感器應(yīng)用的描述，正確的是：A、溫度傳感器只能檢測溫度，不能用于檢測壓力。B、光敏電阻的電阻值隨光照強(qiáng)度的增加而增大。C、霍爾傳感器可以用來檢測電流的大小。D、壓力傳感器在檢測壓力時，輸出電壓與壓力值成線性關(guān)系。答案：C解析：霍爾傳感器是一種磁敏元件，可以用來檢測磁場的變化，因此可以用于檢測電流的大小。選項A錯誤，因為溫度傳感器可以檢測溫度，也可以通過轉(zhuǎn)換應(yīng)用于檢測壓力。選項B錯誤，光敏電阻的電阻值隨光照強(qiáng)度的增加而減小。選項D錯誤，壓力傳感器的輸出電壓與壓力值的關(guān)系可能不是線性關(guān)系，取決于傳感器的具體設(shè)計。因此，正確答案是C。6、下列關(guān)于傳感器應(yīng)用系統(tǒng)的描述，不正確的是：A、傳感器應(yīng)用系統(tǒng)通常包括傳感器、信號放大電路和顯示單元。B、傳感器應(yīng)用系統(tǒng)中的信號放大電路可以增強(qiáng)信號的強(qiáng)度，使其更適合后續(xù)處理。C、傳感器應(yīng)用系統(tǒng)中的顯示單元通常用于直接顯示測量結(jié)果。D、傳感器應(yīng)用系統(tǒng)中的信號處理電路可以去除噪聲，提高信號的純凈度。答案：D解析：傳感器應(yīng)用系統(tǒng)中的信號處理電路的主要作用是處理和轉(zhuǎn)換信號，包括放大、濾波、調(diào)制等，但并不專門用于去除噪聲。去除噪聲通常是通過濾波電路來實現(xiàn)的，而不是信號處理電路。因此，選項D描述不正確。其他選項A、B、C都是傳感器應(yīng)用系統(tǒng)的常見組成部分和功能。7、某市擬對夜間行駛的機(jī)動車安裝一種自動識別車牌的技術(shù)，下列哪種傳感器最適合用于這種需求？（）A、溫度傳感器B、光敏電阻傳感器C、霍爾傳感器D、超聲波傳感器答案：C解析：這個題目考查的是傳感器的應(yīng)用場合和工作原理。霍爾傳感器可以通過檢測磁場的變化來識別不同的金屬材質(zhì)，適用于識別車牌號碼中的文字和符號，因此是最適合安裝在車輛自動識別系統(tǒng)中的傳感器。選項A中的溫度傳感器主要用于檢測溫度變化，與識別車牌無關(guān)；選項B中的光敏電阻傳感器用于檢測光線強(qiáng)度，也與識別車牌無關(guān)；選項D中的超聲波傳感器主要用于檢測距離，同樣不適用于識別車牌號碼。因此，正確答案是C。二、多項選擇題（本大題有3小題，每小題6分，共18分）1、以下哪些屬于常見的傳感器類別？A、溫度傳感器B、壓力傳感器C、光電傳感器D、超聲波傳感器E、生物電傳感器答案：ABCDE解析：此題考察傳感器的分類知識。根據(jù)傳感器的功能和應(yīng)用領(lǐng)域，常見的傳感器包括溫度傳感器、壓力傳感器、光電傳感器、超聲波傳感器以及生物電傳感器等，因此正確答案為ABCDE。2、以下關(guān)于傳感器應(yīng)用的描述，正確的是：A、傳感器可以實現(xiàn)對各種物理量的測量和控制B、傳感器具有響應(yīng)速度快、穩(wěn)定性好、抗干擾能力強(qiáng)等特點C、傳感器廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動化、醫(yī)療、農(nóng)業(yè)等多個領(lǐng)域D、傳感器不可能測量超出其量程的物理量E、溫度對傳感器的輸出信號沒有影響答案：ABCD解析：此題考察傳感器應(yīng)用的描述。A選項表明了傳感器的基本功能；B選項描述了傳感器的一些基本特點；C選項列舉了傳感器的應(yīng)用領(lǐng)域；D選項說明了傳感器量程的重要性；E選項錯誤，因為溫度會影響傳感器的輸出信號。因此，正確答案為ABCD。3、以下哪些傳感器在日常生活中有廣泛應(yīng)用？（）A、溫度傳感器B、壓力傳感器C、光傳感器D、濕度傳感器E、聲波傳感器答案：ABCDE解析：本題考查的是傳感器的應(yīng)用范圍。溫度傳感器廣泛應(yīng)用于家用電器、工業(yè)控制等領(lǐng)域，如電冰箱、空調(diào)等；壓力傳感器廣泛應(yīng)用于汽車、醫(yī)療設(shè)備等領(lǐng)域，如汽車燃油泵、血壓計等；光傳感器廣泛應(yīng)用于照明、安防、通信等領(lǐng)域，如太陽能電池板、攝像頭等；濕度傳感器廣泛應(yīng)用于氣象監(jiān)測、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域，如氣象站、溫室等；聲波傳感器廣泛應(yīng)用于醫(yī)療、通信等領(lǐng)域，如超聲波成像、聲波通信等。因此，ABCDE選項均為正確答案。三、非選擇題（前4題每題10分，最后一題14分，總分54分）第一題題目：傳感器在現(xiàn)代科技中有著廣泛的應(yīng)用。請以溫度傳感器為例，分析其工作原理，并說明如何利用溫度傳感器檢測環(huán)境溫度，并應(yīng)用到實際生活中。答案：1.工作原理：溫度傳感器是一種能夠檢測溫度變化并將溫度信息轉(zhuǎn)換為電信號的器件。常見的溫度傳感器類型包括熱敏電阻、熱電偶和集成溫度傳感器等。熱敏電阻是一種電阻值隨溫度變化的元件，其電阻值與溫度呈非線性關(guān)系。當(dāng)溫度升高時，熱敏電阻的電阻值減??；溫度降低時，電阻值增大。熱電偶則是基于溫差產(chǎn)生電勢差的原理進(jìn)行工作的。在實際應(yīng)用中，熱電偶由兩種不同的導(dǎo)體材料組成，當(dāng)兩種材料連接在一個接點（熱端）時，如果另一個接點（冷端）的溫度不同，則會在電路中產(chǎn)生一個微小的電壓差。2.檢測環(huán)境溫度：首先，選擇合適的溫度傳感器類型，如熱敏電阻和熱電偶等。將選定的溫度傳感器置于待測環(huán)境中。溫度變化時，傳感器會將溫度信息轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電信號。通過放大和處理部件對電信號進(jìn)行放大和濾波處理。將電信號轉(zhuǎn)換為可讀數(shù)值，如數(shù)字顯示或通過其他方式進(jìn)行記錄和展示。3.實際應(yīng)用：智能家居：可用于智能恒溫器、家庭自動化系統(tǒng)等，實現(xiàn)自動調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度，提高舒適度。工業(yè)控制：用于檢測生產(chǎn)過程中關(guān)鍵部位的溫度，確保產(chǎn)品質(zhì)量；監(jiān)控設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，避免溫度過高引發(fā)的安全風(fēng)險。環(huán)境監(jiān)測：可應(yīng)用于空氣質(zhì)量監(jiān)測設(shè)備中，準(zhǔn)確測量空氣中不同氣體的濃度，輔助大氣污染防控工作。醫(yī)療健康：體溫計廣泛應(yīng)用在醫(yī)療領(lǐng)域，監(jiān)測病人的體溫變化，及時發(fā)現(xiàn)患者發(fā)熱等異常情況，便于及時診斷和治療。解析：本題考查對溫度傳感器的工作原理及其在實際生活中的應(yīng)用的理解。答案中首先對溫度傳感器的基本原理進(jìn)行了說明，包括熱敏電阻和熱電偶的原理。然后詳細(xì)闡述了如何利用溫度傳感器檢測環(huán)境溫度，包括選擇合適的傳感器類型、布置和信號處理過程。最后，列舉了溫度傳感器在智能家居、工業(yè)控制、環(huán)境監(jiān)測和醫(yī)療健康等多個領(lǐng)域的應(yīng)用實例，突顯了其重要性和實用性。第二題題目：某地區(qū)夜晚打算利用太陽能光伏板為townspeople的監(jiān)控系統(tǒng)供電。已知光伏板的最大功率輸出為5kW，在最佳光照條件下，光伏板的電效率為15%。若監(jiān)控系統(tǒng)總耗電功率為3kW，請問該光伏板在一天中（假設(shè)光照時間為10小時）是否能滿足監(jiān)控系統(tǒng)的供電需求？若能滿足，計算出所需光伏板的面積；若不能滿足，簡要說明原因。答案：能滿足。解析：1.首先，計算光伏板在10小時內(nèi)的總發(fā)電量。由于光伏板的電效率為15%，因此實際可利用的功率為：實際功率=輸出功率×電效率實際功率=5kW×15%=0.75kW2.然后，計算10小時內(nèi)的總發(fā)電量：總發(fā)電量=實際功率×?xí)r長總發(fā)電量=0.75kW×10小時=7.5kWh3.計算監(jiān)控系統(tǒng)在10小時內(nèi)的總耗電量：總耗電量=耗電功率×?xí)r長總耗電量=3kW×10小時=30kWh4.由于總發(fā)電量（7.5kWh）遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于總耗電量（30kWh），光伏板無法滿足監(jiān)控系統(tǒng)的全天候供電需求。5.接下來，為了使光伏板能滿足監(jiān)控系統(tǒng)的3kW功率需求，我們需要計算所需的光伏板面積。首先計算出在最佳光照條件下的單位面積的發(fā)電功率：單位面積發(fā)電功率=輸出功率/面積由于我們不知道實際所需面積，我們暫時無法計算這個值。6.然而，我們可以通過以下公式估算所需的光伏板面積A：A=(監(jiān)控系統(tǒng)總耗電量/光電轉(zhuǎn)換效率)/(單位面積發(fā)電功率)A=(30kWh/0.15)/(5kW/A)解這個方程，我們得到：A^2=(30kWh/0.15)/5kWA^2=200kWh/kWA=√(200kWh/kW)A=√(200)m2A≈14.1m2因此，為了滿足監(jiān)控系統(tǒng)的3kW功率需求，在最佳光照條件下，需要大約14.1平方米的光伏板面積。在實際應(yīng)用中，為了確保光電轉(zhuǎn)換效率，可能還需要額外的面積空間來考慮遮擋和傾斜角度等因素。第三題題目：某傳感器測量溫度時，其輸出電壓U與溫度T的關(guān)系可以近似表示為線性函數(shù)U=aT+b。為了確定系數(shù)a和b，研究人員進(jìn)行了如下實驗：1.在溫度為0℃時，傳感器輸出電壓U1=1.5V；2.在溫度為100℃時，傳感器輸出電壓U2=3.5V。（1）請根據(jù)上述實驗數(shù)據(jù)，求出傳感器輸出電壓U與溫度T的線性關(guān)系式。（2）如果傳感器在溫度為50℃時的輸出電壓為U3，請計算U3的值。答案：（1）傳感器輸出電壓U與溫度T的線性關(guān)系式為：U=0.02T+1.5。解析：根據(jù)題目中給出的兩個實驗數(shù)據(jù)點，我們可以列出以下兩個方程：1.當(dāng)T=0℃時，U1=1.5V，代入線性關(guān)系式得到：1.5=a*0+b，即b=1.5；2.當(dāng)T=100℃時，U2=3.5V，代入線性關(guān)系式得到：3.5=a*100+1.5。解這個方程組，得到a=0.02。因此，傳感器輸出電壓U與溫度T的線性關(guān)系式為：U=0.02T+1.5。（2）當(dāng)溫度T=50℃時，代入線性關(guān)系式得到：U3=0.02*50+1.5=2.5V。解析：根據(jù)求得的線性關(guān)系式U=0.02T+1.5，將溫度T=50℃代入，即可求得輸出電壓U3的值。計算得到U3=2.5V。第四題問題陳述：某實驗小組利用溫度傳感器和力傳感器檢測一個物體在不同溫度下的重力加速度變化，通過數(shù)據(jù)分析來研究溫度對重力加速度的影響。他們發(fā)現(xiàn)，隨著溫度的升高，重力加速度略微減小。假設(shè)實驗中溫度范圍從20℃至60℃，重力加速度的測量值分別在9.78m/s2至9.77m/s2之間。1.為何溫度升高可能會導(dǎo)致重力加速度略微減小？2.給出溫度對重力加速度影響的一個可能理論模型。3.他們需要怎樣進(jìn)一步改進(jìn)實驗以提高數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性？答案：1.為何溫度升高可能會導(dǎo)致重力加速度略微減小？由于地球上的重力加速度主要由地球的質(zhì)量和半徑?jīng)Q定，理論上常數(shù)不變。但是，在這個實驗情境中提到的重力加速度略微減小可能是由于一些間接的因素引起的。因此，其實驗室環(huán)境中的溫度變化或許影響到某些實驗裝置或測量結(jié)果，而不是真實的重力變化。一種可能性是實驗室條件的變化：比如溫度變化導(dǎo)致的空氣密度變化或儀器的熱膨脹等，但這些對重力加速度的直接影響較小。實際上，重力加速度g與地球的質(zhì)量和半徑R有關(guān)，g=G*M/R^2，其中G是萬有引力常數(shù)，M是地球質(zhì)量。理論上，g的變化是非常微小的，遠(yuǎn)小于大氣溫度變化的影響。2.給出溫度對重力加速度影響的一個可能理論模型?？紤]到地面上實際測量的重力加速度會受到周圍環(huán)境的影響，可以提出一個簡化模型。設(shè)g(T)=g_0*[1-(k*T-T_0)]，其中g(shù)_0是標(biāo)準(zhǔn)溫度下的重力加速度，T是溫度，T_0是標(biāo)準(zhǔn)溫度，k是量度溫度變化對重力影響的系數(shù)。這個模型忽略了其它復(fù)雜因素，僅作為假設(shè)模型。3.他們需要怎樣進(jìn)一步改進(jìn)實驗以提高數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性？1.精確測量溫度和重力加速度：使用更高精度的溫度傳感器和重力加速度傳感器。2.控制溫度變化：設(shè)計一個恒溫環(huán)境，確保實驗室溫度恒定或緩慢、均勻變化，減少溫度波動對實驗的影響。3.校準(zhǔn)設(shè)備：對使用的傳感器和測量設(shè)備進(jìn)行定期校準(zhǔn)，確保它們在不同溫度下的測量結(jié)果準(zhǔn)確無誤。4